Учебное пособие 1700

течение фильтроцикла скоростями без их регулирования при постоянной разности давлений, измеряемых на входе в блок фильтров и на выходе из него.

Сверхскоростные фильтровальные станции работают с автоматическим управлением всеми технологическими операциями. В зависимости от качества исходной воды назначается определенный интервал времени между промывками фильтров, в соответствии с которым фильтры поочередно автоматически выводятся на промывку, промываются собственным фильтратом из напорного коллектора фильтрованной воды и вводятся в работу по окончании промывки.

Сверхскоростные фильтры рекомендуется изготавливать из корпусов на- трий-катионитовых фильтров I ступени с трубчатым дренажем. Кроме дренажной системы для распределения воды при промывке устраивается трубчатая распределительная система для подачи сжатого воздуха. Водяную и воздушную распределительные системы следует конструировать и рассчитывать в соответствии с указаниями, приведенными в [8].

В качестве фильтрующего материала надлежит использовать кварцевый песок крупностью 1,0 – 2,0 мм с коэффициентом неоднородности К≤2.

Высота слоя загрузки — 2,6 м.

Площадь фильтра fф предварительно определяется по формуле

nф=6−10

К задачам автоматики сверхскоростных фильтровальных станций относятся:

1)соблюдение заданного интервала времени между промывками фильтров (окончанием промывки одного фильтра и началом промывки следующего).

Величина интервала времени зависит от качества исходной воды и назначается обслуживающим персоналом. Для этой цели в системе автоматики предусматривается блок режимов, обеспечивающий задание следующих интервалов времени: t=0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 и 60 мин;

2)соблюдение порядка (очередности) вывода фильтров на промывку;

3)выполнение заданной программы операции по промывке фильтра. Программа промывки фильтров слагается из следующих операций: а) барботирование загрузки сжатым воздухом с интенсивностью

=25 л/(с·м2) в течение t1=4—5 мин;

б) водовоздушная промывка с интенсивностью подачи сжатого воздуха

11

Давление сжатого воздуха, подаваемого в промывающийся фильтр, должно быть в пределах 0,1 – 0,15 МПа.

Продолжительность фильтроцикла tфц (полезной работы фильтра) определяется по формуле

где tпр − общая продолжительность всех операций промывки фильтра в системе автоматики с учетом времени открытия и закрытия задвижек, мин.

Проверка расчёта сверхскоростных фильтровальных станций производится для периода наибольшей мутности исходной воды, т. е. при i=0.

В этом случае суточный расход промывной воды Sпp определяется по фор-

муле

Расчётная подача насосов Qнпри этом равна

Qн=Qэф+Qпр, м3/ч,

где Qпр − максимальный секундный расход воды на промывку, выраженный, м3/ч,

.

Полный напор, развиваемый насосами Нн, определяется из выражения

Нп=Нг+hнс+hсфс+hтр+Нпотр, м,

где Нг – геометрическая высота подъема воды, м; hнс− потеря напора в насосной станции, hнс 2,5 м; hсфс – потеря напора в пределах сверхскоростной фильтровальной станции, hсфс =10 м; hтр − потери напора в трубопроводах от насосной станции до фильтровальной и от фильтровальной станции до потребителя, м; Нпотр − максимальный потребный напор у водоразбора, м.

3.2. Умягчение воды

Проектирование установок по умягчению воды начинается с выбора технологической схемы и состава водоочистных сооружений. Выбор их зависит от показателей качества исходной воды, требований потребителей к обработанной воде и местных условий (наличия реагентов, площадей, условий кооперирования с дру-

12

гими предприятиями и т. п.). Ниже рассмотрены проектируемые в настоящее время схемы и сооружения по умягчению воды и условия их применения.

3.2.1. Известково-содово-катионитовые установки

Известковые или известково-содовые установки, работающие по схеме отстаивание – фильтрование – Na-катионирование (или без него), являются наиболее универсальными. Они снижают щелочность исходной воды Щив до 0,7— 1,0 мгэкв/л, жесткость Ж − до 0,01 – 0,02 мг-экв/л и несколько снижают сухой остаток воды; позволяют обрабатывать воду почти любого качества и обеспечивают высокую надежность работы устройств. Основной недостаток – громоздкость сооружений, например, сатуратора и осветлителей.

Известково-содово-катионитовые установки обычно применяются при высокой мутности исходной воды (более 150 мг/л), цветности (более 150 градусов), значительном содержании органических и минеральных коллоидов, вызывающих необходимость ведения коагуляции более 3−4 месяцев в году, высокой жесткости (Жо>6 мг-экв/л) и величине сухого остатка более 1000 мг/л.

Реагентное умягчение воды осуществляется как с подогревом, так и без подогрева ее. Наиболее типичные схемы известко-содово-катионитовых установок (или реагентно-катионитовых) показаны на рис. 2.

Во всех схемах необходимо достаточно полное удаление воздуха из воды, поступающей в осветлитель. Натрий-катионированная минерализованная вода обладает повышенной агрессивностью, известково-катионированная вода с рН>8 заметно менее агрессивна. При декарбонизации общая жесткость исходной воды не ограничивается. Остаточная жесткость равна некарбонатной жесткости плюс 0,4−0,8 мг-экв/л; щелочность может быть снижена до 0,8−1,2 мг-экв/л; температура обрабатываемой воды может быть любой. При содово-известковом способе общая жесткость исходной воды также не ограничивается; предел возможного снижения общей жесткости Жо без подогрева воды до 0,5−1,0 мг-экв/л, с подогревом (до 80−90°С) до 0,2 – 0,4 мг-экв/л; щелочности – до0,8 − 1,2 мг-экв/л.

Схемы известково-содового умягчения без натрий-катионирования применяются для приготовления воды хозяйственно-питьевого назначения, с высоким начальным содержанием мутности и цветности.

Применение различных вариантов реагентных методов умягчения воды определяется качеством исходной воды и необходимым эффектом умягчения.

Декарбонизация воды может применяться в тех случаях, когда требуется одновременное снижение ее жесткости и щелочности. Причем основной задачей иногда является устранение щелочности воды. При известковании необходимо следить за дозами извести, так как избыток ее (более 0,5 мг-экв/л) может привести к возрастанию жесткости обрабатываемой воды.

13

При известково-содовом методе также не рекомендуется применять избытки извести, так как это может привести к перерасходу соды и увеличению гидратной щелочности воды.

Выбор сочетания реагентного метода умягчения воды и Nа-катионирования в каждом конкретном случае должен обосновываться технико-экономическими расчётами возможных вариантных схем умягчения воды. Часто известкование в сочетании с последующим Nа-катионированием дает возможность получать более дешевую глубоко умягченную воду с небольшой щелочностью.

Применение осветлительных фильтров напорных или ненапорных (рис. 2) будет обусловливаться конкретными условиями проектирования водоумягчительной станции. Применение второй ступени Nа-катионитовых фильтров также обусловливается технико-экономической целесообразностью.

С х е м а 1 (рис. 2) предназначена для неглубокого умягчения воды при одновременном ее осветлении и обесцвечивании. Возможно сочетание умягчения, осветления, обесцвечивания воды с такими методами обработки воды, как обезжелезивание, обескремнивание и др. Такое сочетание обработки воды возможно также по схемам 2, 3 и 4 (рис. 2).

Схема 1

У 2 УК

Рис. 2. Схема известково-содового умягчения воды с осветлителями:

1 – вихревой реактор; 2 – шайбовый смеситель; 3 – воздухоотделитель; 4 - осветлитель; 5 – фильтр; 6 – резервуар чистой воды; трубопроводы: у – умягчённой воды; с – раствора соды;

и – известкового молока; к – раствора FeCl3; УК - коагулированной воды; о – воды после осветлителей; уф – умягчённой фильтрованной воды; канн – сброс в канализацию;

км – подача контактной массы; ив – исходная вода

С х е м а 2 применяется для установок с Q>100 м3/ч или при расходе извести более 0,5 т/сут. (по СаО). В схеме отсутствует сатуратор. Дозировка извести осуществляется подачей известкового молока (см. рис. 3).

14

Сх е м у 3 рекомендуется использовать для установок с производительностью до Q≤100 м3/ч или расходе извести менее 0,25 т/сут. (по СаО). В этом случае применяется сатуратор, с помощью которого удовлетворительно решается дозировка известкового раствора (см. рис. 3).

Сх е м а 4 рекомендуется для небольших установок. В ней применен осветлитель напорного типа. Достоинством этого варианта является отсутствие разрыва струи и устранение тем самым второй группы насосов (рис. 3).

Схема 5 (рис. 4) применяется для умягчения подземных или предварительно осветленных поверхностных вод и предназначена для выделения образующегося карбоната кальция. Рекомендуется применять при декарбонизации, если Са2+/20>Жк, и при содово-известковом умягчении, если содержание магния в умягчаемой воде не более 15 мг/л. Окончательное осветление воды осуществляется на механических фильтрах.

3.2.2. Натрий-катионитовые установки

Натрий-катионитовое умягчение применяется для умягчения воды подземных и поверхностных источников с содержанием взвешенных веществ не более 5 − 8 мг/л и цветности до 30 град. При одноступенчатом Na-катионировании жесткость воды снижается до 0,03 − 0,05 мг-экв/л; при двухступенчатом − до 0,01 мгэкв/л. При натрий-катионировании рН и щёлочность остается без изменений; солесодержание увеличивается.

Применимость Na-катионирования для приготовления котловой воды ограничивается размером продувки по щелочам, величиной щелочности исходной воды и значением сухого остатка котловой воды Sкв и исходной воды Sив:

где Жк − карбонатная жесткость (щелочность) исходной воды, мг-экв/л; Рп − расчётная величина продувки котлов по пару, %; Щкв − допускаемая щелочность исходной воды,мг-экв/л; аx − добавка химически обработанной воды (возмещающей потери пара, конденсата), %; Sив − сухой остаток исходной воды.

Сх е м а 6 (рис. 5) применяется для неглубокого умягчения воды (Na -I)

иглубокого умягчения (Na-1+Na-II).

15

Рис. 3. Схемы известково-катионитового умягчения воды:

схема 2 – без применения сатуратора; схема 3 – с применением сатуратора; схема 4 – с напорным осветлителем;1 – осветлители с взвешенным осадком; 2 – напорные

фильтры; 3 и 4 – катионитовые фильтры I и II ступени; 5 – гидравлическая мешалка извести; 6 – насос для перемешивания известкового молока;7 – насос-дозатор;8 – насос для подачи воды

на катионитовые фильтры;9-промежуточный бак; 10 – сатуратор;11 – подогреватель; 12 – водораспределитель;13 – воздухоотделители (варианты);14 – подача коагулянта;

15 – подача содового раствора (вариант);16 – подача на умягчение исходной воды;17 – выход умягченной воды; 24 – опорожнение сооружений;

16

Схема 5

КМ

5

4

Рис. 4. Водоумягчительная установка с вихревым реактором:

1 – выпуск отработавшей контактной массы; 2, 10 – подача исходной и отвод умягчённой воды; 3 – эжектор; 4 – бункер с контактной массой; 5 – вихревой реактор; 6 – подача реагента;

7 – сброс промывной воды; 8 – скорый осветлительный фильтр; 9 - резервуар умягчённой воды

С х е м а 7 (рис. 5) допускает обработку поверхностных вод, содержащих взвешенные вещества до 100 мг/л, а также артезианских вод, загря з- ненных железом (>5 мг/л).

Рис. 5. Схемы натрий-катионитовых установок:

NaIи NaII-натрий-катионитовые фильтры I и II ступеней; Ф – механический фильтр; О – напорный осветлитель; Д – дегазатор; 2 – удаление газа; в – подача воздуха; ПР – промежуточный резервуар; Н – насос

17

H – I – первая ступень водород-катионитовой установки; остальные обозначения см. рис. 3

3.2.4. Водород-натрий-катионитовые установки

С х е м а 12 (рис. 7) применяется для последовательного Н – Nакатионирования. Умягчаемая вода частично пропускается через Н-катионитовые фильтры. В дальнейшем, после смешения, вся вода проходит через дегазатор и Naкатионитовые фильтры. Схема применяется для глубокого умягчения; при умягчении снижаются щелочность и солесодержание воды.

Рекомендуется использовать для умягчения жестких вод с высоким солесодержанием (более 1000 мг/л) при(Жк:Жо) <0,5 и при +Сl-+N <˂7 мг-экв/л.

Предел умягчения до 0,1−0,03 мг-экв/л (при одной ступени Nакатионитового фильтра); щелочность понижается до 0,5−0,6 мг-экв/л. Последовательное H-Na-катионирование целесообразно применять для снижения рН воды, умягченной реагентным методом перед подачей ее на Na-катионитовые фильтры, чтобы предохранить от разрушения уголь.

С х е м а 13 (рис. 7) используется для параллельного H-Na-катионирования. Умягчаемая вода в определенных пропорциях пропускается одновременно через Н- и Na-катионитовые фильтры, после чего оба потока смешиваются. Схема применяется для глубокого умягчения. Происходит снижение щелочности и солесодержания. Используется для умягчения жестких вод (до 15 мг-экв/л), слабоминерализованных при (Жк:Жо) > 0,5, при S +Сl-+N < 7 мг-экв/л, некарбонатной жесткости Жнк не более 3,5 мг-экв/л и содержании Na+ − не более 2 мг-экв/л. Глубина умягчения до 0,1−0,03 мг-экв/л, снижение щелочности до 0,40−0,5 мг-экв/л.

Последовательное и параллельное H-Na-катионирование со второй ступенью Na-катионитовых фильтров позволяет снизить Жо до 0,03 мг-экв/л и ниже.

Сх е м а 14 (рис. 7) применяется для совместного Н-Nа-катионирования в тех случаях, когда Жо не более 6, содержание Na+ не более 1 и сумма анионов сильных кислот не превышает 3,5 − 5 мг-экв/л в воде, поступающей на фильтры, и

когда получаемая по этой схеме щелочность умягченной воды (Щост=1 − 1,3 мгэкв/л) не вызовет заметного увеличения продувки парогенераторов сверх установленных норм. При данной схеме отсутствуют кислые воды.

Предел умягчения 0,1 − 0,3 мг-экв/л.

Сх е м а 15 (рис. 7) – Н-катионирование с «голодной» регенерацией и Nакатионирование − применяются для обработки воды с повышенной карбонатной жесткостью (щелочностью), с солесодержанием до 1500 мг/л после предочистки и при сравнительно малом содержании солей натрия при возмещении любых потерь пара и конденсата.

19